为更清楚说明谐振环节辅助开关的控制原理，先对软开关电路的工作过程作一简单说明。

图4-16 单相全桥等效逆变电路

图4-17 单相等效电路 ZVT 工作的原理波形

图4-16、图4-17 分别给出谐振极零电压过渡三相逆变器电路的单相全桥等效电路与工作原理波形。极谐振零电压过渡（ZVT）基本工作原理：假定电路开始工作时负载电流方向如图4-16 所示（为正）、开关 S3、S4 处于开通状态、二极管 VD3、VD4 在续流。关断 S3、S4 之前，先在零电流条件下开通辅助开关 S_r3、S_r4，谐振回路谐振电感开始储存能量，即电感电流从零上升至预置电流（该预置电流大于负载电流），此时关断 S3、S4。因开通死区时间设置，S1、S6 尚未开通，谐振电容 C_r1、C_r6 与谐振电感 L_r 构成谐振回路：电容 C_r1、C_r6 经 L_r 释放能量，电容 C_r3、C_r4 储存能量至母线电压，二极管 VD1、VD6 导通，为 S1、S6 创造零电压开通条件，辅助开关 S_r3、S_r4 在零电流条件下关断，完成一次主开关的 ZVT 过程。

从上述分析可知，实现正确 ZVT 过程的关键点：①谐振电感能量的预储存，即主功率器件关断前辅助电路开关提前开通，且提前量与负载电流相关；②辅助电路开关的开通顺序应和主功率器件 ZVT 顺序相关；③主功率器件延迟开通（传统逆变器称死区时间）必不可少，其大小与谐振过程中谐振电容充放电时间有重要关系；④谐振电感能量预储存大小应满足谐振和电容的充放电要求。

由此得出辅助电路控制的两种实现方案：一是固定时间控制，即在每个逆变桥开关状态改变前用固定时间为谐振电感储存能量；二是变时间控制，使谐振电感储存能量时间随负载电流改变而改变。固定时间控制最大优点是控制简单、易于实现，但会因增加不必要的谐振峰值电流、延长辅助开关导通时间而降低逆变器效率；变时间控制虽克服上述缺点，但需检测相电流、控制较复杂、增加硬件成本。

由上述分析可见，辅助开关提前开通与谐振电感能量储存是谐振过程正确发生的基本条件。谐振电感设计中已给出辅助开关提前开通时间 t_cm 为
　　(4-5)
式中 E 为电源电压。谐振周期 T_r 可表示为
　　(4-6)
式中 C_r 为电路谐振时的等效电容。谐振电感中电流下降与上升时间大约相等，即 t_d=t_c=2 μs。辅助开关总开通时间 t_sr 可表示为
　　(4-7)
故谐振电感和电容确定后，对应逆变桥三相桥臂每组两个辅助开关的开通时间是固定的。

从前述分析可见，若预置电流 I_x 随相电流变化，t_sr 也成为相电流函数，变化的 t_sr 使控制实现复杂，故应在最大负载电流条件下选择固定 I_x 与 t_sr；当然轻负载时谐振电感储存能量将远大于谐振所需能量。

由此可较容易得出软开关技术变频电源控制器的设计原则。

（1）软开关变频电源首先须完成变频电源的所有功能，故对三相逆变桥 6 个开关功率器件的控制（含传统硬开关变频电源所有功能的控制）采用传统硬开关变频电源中的微处理器（DSP）构成的控制板、沿用已有控制程序。

（2）关于谐振网络辅助开关控制逻辑的实现，考虑两种方案：第一，由逻辑器件 IC 构成专用控制板；第二，在传统硬开关变频电源控制板中增加相应硬件电路（主要用于控制三个辅助开关的 PWM 接口），并在软件设计中完成相应逻辑。无论何种方案，为辅助开关设计的控制器都要完成辅助开关的提前开通功能。所谓提前开通，是指辅助开关要在相应主开关功率器件关断之前开通：当需给某个主开关创造零电压开通条件时，因该主开关开通信号要比对应桥臂另一主开关关断信号延迟一个死区时间，所以辅助开关要在另一主开关关断信号到来之前开通，使母线电压能加在谐振电感两端、给谐振电感预置能量；当要关断的主开关关断后、要开通的主开关尚未开通的这段时间（死区时间）内，电感和并接在主开关功率器件上的电容进行谐振。

前面已指出，谐振电感和电容确定后，对应逆变桥三相桥臂每组两个辅助开关开通时间固定，故辅助开关控制器还要完成辅助开关在开通后一定时间内再关断的功能。

图4-18 辅助开关控制的逻辑实现图

图4-18 给出用 IC 电路实现辅助开关控制的逻辑实现图，IC 电路部分还可用 CPU 实现。驱动电路是控制电路与主电路的接口，大功率变频电源设计中因开关功率器件容量较大需一定驱动功率，且主电路干扰信号很强、对驱动电路抗干扰和隔离噪声能力要求较高。对 IGBT 驱动电路的一般要求如下。

（1）栅极驱动电压。IGBT 开通时正向栅极电压值应足以使其完全饱和、将通态损耗减至最小，同时限制短路电流及功率应力，任何情况下开通时栅极驱动电压应在 12～20 V；栅极电压为零时 IGBT 处断态。为保证 IGBT 在集电极—发射极电压出现 du/dt 噪声时仍保持关断，须在栅极施加反向偏压，反向偏压还减小关断损耗，应在 -5～-15 V。

（2）栅极串联电阻（R_g）。选择适当的栅极串联电阻对 IGBT 栅极驱动相当重要。IGBT 开通关断通过栅极电路充放电实现，栅极电阻值对动态特性影响极大。阻值较小使栅极电容充放电较快、减小开关时间与开关损耗，增强器件耐固性（避免 du/dt 误导通），但只能承受较小栅极噪声，并可能导致栅极—发射极电容与栅极驱动导线寄生电感产生振荡。

（3）栅极驱动功率。IGBT 开关要消耗来自栅极电源的功率，其功率受栅极驱动正负偏置电压差 ΔU_GE、栅极总电荷 Q_g 与工作频率 f_s 的影响。栅极电源最大峰值电流 I_GPK 为
　　(4-8)
栅极电源平均功率 P_AV 为
　　(4-9)

另外，大功率变频电源 IGBT 驱动电路设计中还应注意：①布线须将驱动器输出级与 IGBT 之间寄生电感减至最低，相当于将两者连线包围环路面积减至最小，一般情况下将驱动电路直接放置在功率开关器件上；②必须正确放置栅极驱动板并屏蔽驱动电路，防止功率电路与控制电路间电感耦合；③栅极钳位保护电路也须按低电感布线，尽量放置于 IGBT 模块栅极—发射极控制端子附近；④因 IGBT 开通关断会使相互电位改变，PCB 板线条间不宜太接近，过高的 du/dt 会经寄生电容耦合噪声，若无法避免线条交叉或平行须采用屏蔽层保护；⑤对逆变桥上下桥臂功率器件与栅极驱动电路及控制电路间寄生电容产生的耦合噪声，须适当测量、减小寄生电容；⑥若用光耦合器隔离高边栅极驱动信号，其最小共模抑制比须为 10 V/μs。